Hıfelszabadulás törvényének meghatározása indikálás segítségével. Konzulens: Dr. Bereczky Ákos

Átírás

1 Hıfelszabadlás törvényének meghatározása indikálás segítségével Konzlens: Dr. Bereczky Ákos

2 0 15 dq/dfi [J/deg] Hıközlés Heat Release Primer Primer Coil Voltage feszültség Adiabata Pont Adiabata point Ide jön egy dq/dfi! Start of Comb. Égés kezdet Combstion Delay Gylladási késedelem Égés vége End of Comb. Látszólagos Adiabatiks Pontok Virtal adiabata points Crank angel [deg] Voltage [V]

3 A hıfelszabadlást leíró termodinamikai modellek A számításokhoz szükség van a motor adott fıtengely elfordlási szögéhez tartozó: - hengertérfogat, - hımérséklet, - nyomás értékek ismeretére. Mindezeken kívől a reakcióban résztvevı gázkomponensek arányát is ismerni kell.

4 Felhasznált összefüggések: dq = du + dw db. du = du + du dq = c h, b, T dm + m Egyzónás modell Alapfeltételek: - az égéstérben lévı közeg hımérséklete azonos a térfogat minden pontján egy adott idıpontban -az égéstérben homogén levegı tüzelıanyag keverék alakl ki - a közeg mennyisége állandó (résveszteségektıl eltekint) h tü a ( cv, dt + T dcv, ) + cv, bt dmb, + mb, ( cv, bdt + T dcv, b) dqfal + p dv db htü. a v,,,

5 Kétzónás modell Alapfeltételek: - az égéstérben lévı közeget hıátadás szempontjából két egymástól elszigetelt térfogatra bontja - külön számoljk a két hımérsékletet - mindkét térfogat külön ad le, ill. vesz fel hıt - a két térfogatrész nyomása megegyezik Felhasznált összefüggések: ( ) ( ) ( ) v b b v b v tüza b b f v b b b b b b b b b b c m V R m V dr T m dm T R V c m V R m V dc T m dbh dm dq dm V c m V R m V dv p dr T m dm T R dt R m V dt,,,.,, =

6 Az egyzónás-kétzónás modellek értékelése A kétzónás modell pontosabb eredményt nyújt mind a hıközlés, mind a hımérsékletek számításának szempontjából, viszont tapasztalatok alapján a sokszori iteráció és a gázállandók számítása miatt igen könnyen divergenssé válhat, ekkor hibás eredményt kapnk.

7 Birgman-féle modell Birgman az egyzónás modellbıl indl ki, de annál egy egyszerőbb eljárást javasol. Felhasznált összefüggések: dq h = du + p dv du = m k d = m k c v dt dq h d = m k c v dt + p d dv d dq V dp h 1 dv = p d κ d + κ 1 d Q + Q égés, = Qh, fal

8 LabVIEW program mőködésének bemtatása A program által végrehajtott mőveletek: - nyomásértékek meghatározása - nyomásértékek deriváltjának meghatározása - térfogatértékek meghatározása - térfogatértékek deriváltjának meghatározása - hıtani jellemzık meghatározása (egyensúlyi egyenletek, κ φ izentropiks kitevı) - hımérsékletek meghatározása - hıközlési törvény meghatározása - égéstörvény meghatározása

9 Nyomásértékek meghatározása Elvégzett mőveletek: - az indikálás eredményeinek beolvasása - maimm, minimm, átlag számítása - alláteresztı szőrı alkalmazása - eltolódott jel korrigálása

10 Pressre Measrement Low speed Vibration Sen. Analog reslt

11 Pressre Measrement High speed No Vibration Sen. Cople Otpt Pressre Differenc Measrement

12 Calibration

13 Statistical problems mean nyomás [fok] 8 4 Pressre [bar] Crank Angel [deg] fıtengely helyzete [fok] Crank angel [deg]

14 Problems of the natral freqency

15 7,5 KHz p [bar] 13,5 KHz p [bar] 950 Frekvencia [Hz] 5100

16 Error of Integrated Vale of Realised Heat, in the fnction of the Anglar Error of the Setting of the TDC

17 Capacitive or Sper-sond Measring Methods

18 Angle of pressre maimms [ ] A gap [mm²] Speed [1/min]

19 The Pressre and the Phase Delay between the TDC and the Angle of Maimm Pressre in the fnction of Speed.

20 The Pressre and the Phase Reslts of Mathematical Model and Measred Reslts in the fnction of Speed

21 Szögeltérés / / Ford. sz /1/min/

22 henger /1 kik./ 5 henger /6 kik./.5 Szögeltérés / / Ford. sz /1/min/

23 Indication System:

24 A maimm-, átlag- és minimm-nyomásleftás p [bar] φ [fok] ma nyomás átlag nyomás min nyomás

25 A mért-, szőrt- és korrigált-nyomásleftás p [bar] φ [fok] átlag nyomás szőrt nyomás korrigált nyomás

26 A mért és a szőrés táni korrigált jel közti hiba 0,15 0,1 0,05 p [bar] 0-0, ,1-0,15-0, φ [fok]

27 Nyomásértékek deriváltjának meghatározása A nyomásértékek deriváltját nmeriks deriválás módszerével határoztam meg a következı összefüggés alapján: P = P P

28 Nyomás fıtengely elfordlási szög szerinti deriváltja,5 1,5 dp/dφ [bar/fok] 1 0,5 0-0, ,5 φ [fok]

29 Térfogatértékek és deriváltjaik meghatározása Alapadatok: - a motor geometriai adatai - ε kompresszióviszony Felhasznált összefüggés: V = V komp. + V, löket = Vlöket + ε 1 D π 4 3 λ λ 4 = r 1+ cos + sin + sin 8 A térfogatértékek deriváltjainak meghatározásához a nyomásderiváltakhoz hasonlóan nmeriks deriválást alkalmaztam.

30 Az egyensúlyi egyenletek meghatározása Az egyensúlyi egyenletek meghatározására a disszociációs modellt alkalmaztam: ( ) = Ar N O l m n O N H C k l m n 044 0, 3, λ Ar N CO O H O NO CO OH H N O H A modell mőködéséhez szükség van a következı elméleti reakciók egyensúlyi állandóira: H H p K = O O 1 8 p K = N N p K = OH O H K = NO O N K = O H O H 1 + p K = 1 CO O CO + p K = Ezen egyenletek felhasználásával egy egyenletrendszert kapnk, ami Gass eljárással meghatározható.

31 A κ φ izentropiks kitevı meghatározása Az izentropiks kitevı számításához ismerni kell a gázkeverék gázállandóját és állandó nyomáson vett fajhıjét. A gázkeverék gázállandója: R = ( R k sp ) k A gázkeverék állandó nyomáson vett fajhıje: A reakcióban résztvevı egyes komponensek fajhıje a következı összefüggés alapján számítható: C p R = a 1 + a 3 T + a3t + a4t + Ideális gázok feltételezésével a keverékre moláris fajhı számítható: a 5 T 4 C = C p k p, k k

32 A κ φ izentropiks kitevı meghatározása Az R és c p értékek ismeretében a hıközlési törvényben szereplıκ φ meghatározható: égéskez det < < égéskez det égésvég κ = κ = c c c p, c p, p, p, R R ( 1 b ) + c cp, b R p, b b b égésvég κ = c c p, b p, b R b

33 Hımérsékletértékek meghatározása Az adott fıtengely elfordlási szöghöz tartozó hımérsékletet csak iterációval lehet meghatározni. Alapösszefüggés: T = p R V m l i égés _ kez det i égés _ kez det T = T, b + 1 T, nb égés _ vég égés _ kez det égés _ vég égés _ kez det

34 Hımérséklet a fıtengely szögelfordlás függvényében T [K] φ [fok] elégettlen közeg hımérséklete interpolált hımérséklet elégett közeg hımérséklete

35 Hıközlési törvény meghatározása A fenti lépések végrehajtása tán már minden paraméter a rendelkezésre áll a következı egyenletbıl: dq V dp p dv h 1 = d κ d + κ 1 d

36 A hıközlési függvény 100% repceolaj esetén dqh/dφ [J/fok] φ [fok]

37 Égéstörvény meghatározása Az égéstörvényt, azaz az égés során fejlıdı össz hımennyiséget a hatásosan közölt hı és a falnak átadott hı összegzéseként számítjk: A faltörvény számítása: Q = Q + Q égés, h, fal, ( ) dq = α A T T dτ Hıátadási tényezı számítása: f ö, ö, g, A, c = k ρκλ T p α + ( ) k, 1 0,5 ln κ 1 ln ( κ 1) s T0 p 0

38 Hıveszteség a falon keresztül Q fal [J] φ [fok]

39 Az össz- és a hasznosan felszabadló hımennyiség Q fal 650 Q [J] Q hasznos φ [fok] Q égés Q hasznos

40 Égéstörvény 100% repceolaj esetén dqégés/dφ [J/fok] Kinetiks égés Diffúz égés φ [fok]

41 Égéstörvény repceolaj ill. gázolaj esetén dqégés/dφ [J/fok] φ [fok] 100% repceolaj 100% gázolaj

42 Alapfogalmak Elıbefecskendezési idı: az az idıintervallm, amely a befecskendezés pillanatától a felsı holtpontig eltelik Gylladási késedelem: az égéstérben megjelenı csepp és az öngylladás következtében megjelenı láng között eltelt idı Gylladási késedelem

43 7,5 KHz p [bar] 13,5 KHz p [bar] 950 Frekvencia [Hz] 5100 Kopogásos égés nyomásleftása és a nyomás lengés frekvenciája. (a spektrmon megfigyelhetı 13 KHz körüli rezgés a nyomásmérı sajátfrekvenciájából adódik!)

44 Indikátordiagramok

45 Károsanyag kibocsátás csökkentése

46 Motor üzemállapotai a terhelés függvényében

47 Motor üzemállapotai a terhelés függvényében

48 Motor üzemállapotai a terhelés függvényében

49 Heat Realise and Combstion: DQ/Dfi [J/fok] DXb/Dfi [kg/fok] Xb [ - ] Flame Primary Phase DQ/Dfi [J/fok] Ignition Dealy Flame Strating Phase After Combstion DXb/Dfi [kg/fok] Xb [-] Ignition Start of Comb. fıtengely szög [fok] End of Comb. 0.0

50 0.06 n=1500 1/perc psz.=0,8 bar Elõgyújtás: 130 fok 140 fok 150 fok 160 fok fok dx/dfi [kg/fok] Fõtengely szög [fok]

51 További tüzelıanyagok felhasználásával az égéstörvény meghatározása Felhasznált tüzelıanyagok: gázolaj repceolaj+1-propanol repceolaj+isobtalon

52 Égéstörvény repceolaj ill. gázolaj esetén dqégés/dφ [J/fok] φ [fok] 100% repceolaj 100% gázolaj

53 Égéstörvény repceolajhoz adagolt 1-propanol esetén dqégés/dφ [J/fok] φ [fok] 100% repceolaj 80% repceolaj+0% 1-propanol 90% repceolaj+10% 1-propanol 95% repceolaj+5% 1-propanol

54 Égéstörvény repceolajhoz adagolt isobtanol esetén dqégés/dφ [J/fok] φ [fok] 100% repceolaj 80% repceolaj+0% isobtanol 90% repceolaj+10% isobtanol 95% repceolaj+5% isobtanol

55 Égéstörvény repceolaj+alkoholok, gázolaj esetén dqégés/dφ [J/fok] φ [fok] 80% repceolaj+0% 1-propanol 80% repceolaj+0% isobtanol 100% gázolaj

56 Köszönöm megtisztelı fegyelmüket!